村田制作所八月推出了一款0603尺寸的天線抗干擾器件新品Radisol,該產(chǎn)品可遏制近距離天線之間的干擾,特別適用于改善智能手機(jī)?可穿戴設(shè)備的天線特性?這里,我們?yōu)槟敿?xì)介紹:天線抗干擾器工作原理是什么?抑制終端設(shè)備天線性能下降,Radisol的效果如何?
村田新產(chǎn)品外觀(0603尺寸)
為什么需要天線抗干擾器?
近年來,智能手機(jī)和可穿戴終端已開始配備Wi-FiTM?Bluetooth®和GPS等很多無線通信功能,并且高密度地安裝了與每種無線通信標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)的天線來發(fā)射和接收信號?
此外,為了提高通信質(zhì)量,組合使用多個天線的技術(shù)也在普及應(yīng)用?比如,在發(fā)射器和接收器雙方使用多個天線來提高通信質(zhì)量和速度的MIMO(Multi Input Multi Output);以及非地面網(wǎng)絡(luò)(NTN,Non-Terrestrial Network)——一種包括移動通信在內(nèi)的無線通信網(wǎng)絡(luò),將地面基站?海上船舶?高空無人機(jī)(HAPS)和配置在太空的通信衛(wèi)星進(jìn)行多層連接而形成的網(wǎng)絡(luò)?
也就是說,終端中配備的天線數(shù)量有進(jìn)一步增加的傾向?
如果高密度地安裝頻帶相近的天線,一些本應(yīng)放射到空間的功率會干擾近鄰天線并流入其中,導(dǎo)致天線的放射特性降低;通過讓天線彼此保持足夠的距離可以確保隔離并預(yù)防干擾,但對于智能手機(jī)和可穿戴終端來說,在狹小的外殼內(nèi)確?？臻g非常困難?
因此,設(shè)計中通常使用分立元件在干擾天線上形成被稱為儲能電路的濾波器功能來抑制天線間的干擾——即將電感器和電容器并聯(lián)而形成諧振電路,在特定的諧振頻率下,能產(chǎn)生電感器和電容器好像都不存在的效果?在干擾對策中,它被作為將特定范圍內(nèi)的頻率分量截斷的帶阻濾波器(BSF)使用?
然而,該方法存在一個問題:由于受到儲能電路的插入損耗影響,信號通過傳輸路徑時損失功率,雖然受到干擾的天線的特性得到了改善,但插入儲能電路一側(cè)的天線特性會劣化?
因此,村田通過特有的陶瓷多層技術(shù)和RF電路設(shè)計技術(shù),開發(fā)了兼顧高精度濾波器特性和低插入損耗的Radisol,即天線抗干擾器件:通過在天線周邊使用Radisol,能以較低的插入損耗來預(yù)防近距離天線之間的干擾?而且,還將Radisol體積小型化,有助于在智能手機(jī)和可穿戴終端等在有限空間內(nèi)配備多個天線的設(shè)備中穩(wěn)定無線通信功能?
Radisol是如何工作的?
Radisol是一種具有遏制近距離天線之間相互干擾的功能的設(shè)備?下圖顯示了Radisol的等效電路示例,使用村田公司專有的多層技術(shù),讓2個線圈L1和L2近距離放置以產(chǎn)生磁場耦合,并且該結(jié)構(gòu)還在短路徑之間產(chǎn)生互感?該互感與L2和C1形成并聯(lián)諧振電路,抑制不必要的功率流入和干擾并改進(jìn)天線特性?
天線抗干擾器Radisol的等效電路示例
0603mm尺寸的Radisol有2個端子,因為是超小型片式元件,通過改進(jìn)電路設(shè)計遏制通頻帶路徑的電感值,可以原封不動地使用現(xiàn)有匹配電路的安裝焊盤,而不影響匹配特性?此外,與使用由L和C兩個元件構(gòu)成的并聯(lián)諧振電路的干擾對策相比,Radisol只用1個元件即可實現(xiàn)干擾對策,與前者相比,安裝面積可以減少約62%?
天線抗干擾對策對比
上圖對比了三種對策的不同之處,說明了村田Radisol器件的工作原理?三種對策分別為:無天線抗干擾對策;使用L和C元件構(gòu)成并聯(lián)諧振電路的對策;和使用Radisol天線抗干擾器?
1. 無對策的情況
在近距離天線A和B處,天線A的部分輻射功率流入天線B并對其產(chǎn)生干擾,導(dǎo)致天線A的特性劣化?
2. 以前的對策
常見的對策是通過在干擾天線B上安裝LC并聯(lián)諧振電路作為陷波濾波器來遏制流入的功率?但是,如雙方是具有相近通信頻帶的天線,則存在天線輻射效率會因該電路的損耗而劣化的擔(dān)憂?同樣,天線B的特性劣化?
3. 使用Radisol的對策
通過使用Radisol代替LC并聯(lián)諧振電路,即使通信頻帶相近的天線之間發(fā)生相互干擾,也可以遏制天線B的輻射特性受到的影響?確保天線A和B都具有所需的天線特性?
Radisol的工作原理
上圖等效電路說明了Radisol的工作原理:
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首先,L1和L2進(jìn)行磁耦合,此外,在短路徑中發(fā)生互感(+M);
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由包含短路徑互感(+M)的并聯(lián)諧振電路(藍(lán)框部分)構(gòu)成,該互感充當(dāng)無損耗的理想電感器,因此并聯(lián)諧振電路成為具有高Q的陷波濾波器?此外,通過增加L2的電感(同時增加電阻成分),可以遏制由電感的變化引起的天線諧振頻率波動;
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另一方面,功率輻射時,不經(jīng)過有電阻成分(插入損耗的一部分)且對上述天線諧振頻率影響較大的L2,所以功率輻射只受L1的影響?因此,通過減小L1的值,可以將功率輻射時的插入損耗以及對天線諧振頻率的影響遏制在較低水平?
使用Radisol,效果如何?
使用測試電路板,可以看到輻射特性的改進(jìn)效果?
下圖顯示了GPS天線(1.5GHz)和Wi-Fi™(2.4GHz / 5GHz)天線近距離放置的測試電路板?
GPS天線部分和安裝Radisol之前的Wi-Fi天線部分
在影響GPS天線的Wi-Fi天線側(cè)安裝Radisol(下圖)?
安裝Radisol前后的GPS / Wi-Fi天線匹配電路部分
可以明顯看出(下圖),安裝Radisol的結(jié)果是改進(jìn)了GPS天線的效率?此外,安裝Radisol對Wi-Fi天線的諧振頻率沒有影響,因此天線特性不會出現(xiàn)大幅劣化:
安裝Radisol前后的GPS天線輻射效率有明顯改進(jìn),同時,安裝Radisol前后的Wi-Fi天線輻射效率沒有受到影響?
總 結(jié)
使用分立元件形成儲能電路時,需要花時間對常數(shù)進(jìn)行調(diào)整,因此,村田的Radisol器件已經(jīng)預(yù)先假設(shè)可能需要實施對策的天線組合,準(zhǔn)備了11種類型的豐富的產(chǎn)品陣容?
村田的Radisol天線抗干擾器件,適用于智能手機(jī)?智能手表和可穿戴設(shè)備等小型?擁有多個天線的終端設(shè)備?
